同位素地球化學國家重點實驗室成立于2011年，其前身為中國科學院同位素年代學和地球化學重點實驗室（2004年），并可追索到奠定我國元素和同位素地球化學研究基礎的第一個稀有元素礦物化學實驗室（1956年）和第一個同位素絕對年齡實驗室（1960年）。